智能农业大棚方案

方案在我们工作与学习过程中起着重要的作用，对于我们进一步开展工作与学习，有着非常积极的意义。那么一份科学的方案是什么样的呢？以下是小编整理的《智能农业大棚方案》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

第1篇：智能农业大棚方案

基于WSN的互联型农业大棚智能测控系统

摘要：针对当前农业大棚的智能化、信息化、网络化需求，构建了一种互联型的农业大棚智能测控系统。系统前端由WSN负责大棚环境参数的采集和控制，利用Zigbee技术进行组网。网关产生本地控制策略以及与管理平台服务器进行信息交互，重点阐述了传感器节点和网关的设计。通过实地应用测得，该系统的WSN网络通信稳定，传感各节点参数采集精确，满足工程设计需求。

关键词：WSN;Zigbee;网关;互联型;CC2530

收稿日期：2015-11-12

基金项目：国家自然科学基金(编号：61503161);江苏省信息融合软件工程技术研究开发中心开放基金(编号：SR201302);江苏省高等职业学校提升专业服务产业发展能力项目(编号：JYZY2012010413)。

作者简介：何谐(1982—)，女，江苏江阴人，硕士，讲师，研究方向为物联网技术、智能控制。E-mail：hexie1126@163.com。

随着农业设施规模的逐渐扩大、自动化程度不断提高，国内外兴起了对农业大棚环境自动控制和智能化方面的研究。目前，我国大部分智能大棚仍采用有线方式进行测控，这种方式不利于扩展，且大棚空间有限，难以布局。因此，可利用无线传感网络(wireless sensor network，WSN)对农业大棚采用无线方式进行环境参数的检测与控制[1]。目前，已建的一些智能大棚仅关注本地大棚的系统构建。2015年政府工作报告提出“互联网+”行动计划，要求更多的农田信息进行融合，为摆脱这种单体模式，必须设计一种互联型农业大棚智能测控系统。

农业大棚植物生长环境的主要影响参数为空气温度、空气湿度、土壤水分、土壤温度、光照等自然因素，可利用WSN中的传感节点，对大棚环境中的上述环境变量进行多区域采集，利用WSN中的执行节点，对当前环境参数进行调节，执行机构主要有排风扇、灌溉泵、补光灯、卷帘电机等。由于大棚环境复杂，这些自然因素和执行机构之间相互存在着非线性的影响关系，很难进行单独调节。因此，互联型农业大棚智能测控系统还需将各种环境参数进行采集与对比、历史数据分析、在线建立模型;另外，对执行机构的控制效果也必须进行分析，建立专家决策库，根据效果对参数进行优化。

1系统工作原理与整体架构

互联型农业大棚智能测控系统前端是WSN，其组建采用近几年逐步新兴的Zigbee传输协议技术，它基于“IEEE 802.15.4”无线标准研究开发，是一种低功耗、低传输速率、高可靠性的无线网络技术[2]。该技术组网灵活、成本低，非常适合农业种植环境下的参数采集，可进行长时间采集，无需人工干预且采集点可任意分散部署。WSN主要由终端节点、路由节点和协调器组成，连接嵌入式网关和管理平台服务器，接入互联网，其系统架构设计如图1所示。

[FK(W24][TPHX11.tif;S+3mm]

终端节点分为采集和执行2种功能，采集节点配置传感器电路部署在各个监测区域，采集环境参数信息，执行节点与执行机构相连。协调器是整个传感网络的核心，它负责传感网络的建立、连接、退出以及节点地址的分配，路由节点作为中间节点具有网络接力、扩大信号传输范围的作用。协调器将节点信息传输至嵌入式网关。嵌入式网关是WSN与 Internet 相连的一个信息交换中心，而管理平台服务器完成历史数据分析，优化专家决策库，同时以Web服务的方式为 Internet 上的其他用户提供农业大棚信息的浏览和监控并连接远程信息网络。

2系统硬件设计

2.1核心芯片CC2530

WSN各節点的核心处理器采用TI公司的新一代SoC芯片CC2530，CC2530内部集成RF收发器和8051微处理器，具有2个串口和8路12位的ADC[3]，支持Zigbee网络协议栈 Z-StackTM。

2.2终端节点

终端节点采用统一的底板，设计有电源、按键和显示电路，传感器电路或继电器电路、无线通信电路这2个部分采用接插的方式安装在底板上。采集节点接插传感器电路，执行节点则接插继电器电路。无线通信电路仅包含CC2530芯片，CC2530的RF_N和RF_P引脚和发射天线相连发射和接收Zigbee无线信号。

2.2.1空气温湿度传感器

空气温湿度测量采用瑞士 Sensirio 公司的SHT11高精度传感芯片，如图2所示，该传感器可同时测量温度和湿度，采用二线制与CC2530通讯，直接输出数字量。SHT11的SCK口和DATA口与CC2530的GPIO口相连，由CC2530控制定时获取空气温湿度数据。

[FK(W12][TPHX22.tif]

2.2.2光照度传感器

光照度的国际单位是勒克斯(lx)，一般晴天正午的自然光照度在50 000 lx，而阴天的自然光照度只有500～1 000 lx，为适应特定作物的生长，可通过控制补光灯和卷帘保持农业大棚光照度在合适的范围内变化以达到最佳的作物生长效果。光照度的测量采用数字化的光照传感器BH1750芯片构成如图3所示的光照传感电路[4]。可测量光照度范围为0～65 535 lx，图中数据接口为SCL和SDA，测得的光照度由CC2530控制器按I2C总线协议从BH1750芯片存储器中取得。

2.2.3土壤水分传感器

土壤水分的测量是指土壤的相对含[CM(25]水率，也就是单位土壤总容积中水分所占百分数[5]。FDR[CM)]

[TPHX33.tif]

型土壤水分传感器的原理是利用电磁波传播频率测定土壤的介电常数，从而反映出土壤的水分含量，该传感器在使用时只需将探针插入土壤，输出电压信号0～2 V，对应土壤含水率在0～100%之间变化。

土壤水分傳感器电路的电压信号与CC2530的AD输入口相连，得到数字量AD_value_1，可利用公式(1)计算出土壤含水率P，式中3.3为基准电压值，52.1%为多次测量后的标定参数。

[JZ(]P=[SX(]AD_value_165 535[SX)]×3.3×52.1%。[JZ)][JY](1)

2.2.4土壤温度传感器

土壤温度的测定所采用的传感器探头是传统的铂电阻，铂电阻探头的阻值变化与温度有关。系统采用三线制的铂电阻探头，利用图4所示的运放电路来消除线阻值的影响。

[FK(W12][TPHX44.tif]

图4中URW1、URW2、URW3为铂电阻探头的3个线阻电压，由于探头等长，电压值相等，经过计算可得：UO=10×UR，将UO进行模数转换为AD_value_2，由公式(2)可计算出当前铂电阻阻值，单位Ω。

[JZ(]R=[SX(]AD_value_265 535[SX)]×3.3×100。[JZ)][JY](2)

铂电阻阻值R(Ω)与温度T(℃)存在对应关系，查询对照表可精确计算出当前土壤温度。

2.3协调器和嵌入式网关

协调器电路由无线通信、电源、按键以及SP3232芯片组成的串口电平转换电路组成，通过DB9串口线与网关相连。嵌入式网关的核心是基于Cortex-A8内核的CPU OMAP3530，集成2个串行接口，1个以太网接口，7寸触摸屏。嵌入式网关的串行口连接协调器，网关的以太网接口则用于TCP/IP的实时通信。

3系统软件设计

3.1Zigbee组网设计

系统中，WSN所有节点的软件设计都基于TI提供的协议栈Z-stack2.3.1-1.4.0，编程工具是IAR Embedded Workbench。组网采用树形拓扑结构，增加了网络的覆盖范围，可容纳更多的终端节点，每个CC2530芯片具有全球唯一的8字节MAC地址。

Z-Stack的数据传输经由4层，从上到下依次为应用层(APP)、网络层(NWK)、介质接入控制层(MAC)和物理层(PHY)。处于最上层的应用层为所有传感器对象提供服务，也是对开发者透明的一层，本系统应用层规定各节点传感器和执行命令数据按表1所示的协议格式进行封装。

协议格式中，类型用以区分终端节点的具体功能，数值部分为具体的采集值，而MAC地址用以定位到具体某个节点，协调器获取的数据及命令按上述格式由串口输出输入。

3.2基于TCP/IP协议的网关应用程序

嵌入式网关的功能不仅能实时管理WSN中的各个节点，还具有本地决策和接收远程决策信息的双重能力。嵌入式网关的应用程序是在Linux操作系统的基础上，用QT工具进行编写。网关工作流程如图5所示。

上电初始化后，网关就开始监听串口或TCP/IP的Socket事件，如果收到的是协调器发来的信息，则采集数据、显示并作相应的处理，如果收到以太网数据则处理管理平台服务器发送的指令，同时还判断触摸屏有无发送本地控制指令。

网关内带决策系统，当判断到采集的传感器数据超出合理的范围，立刻查询本机决策系统，控制灌溉泵、电磁阀、排风扇、卷帘电机、补光灯等相关执行器工作，执行器工作参数可以在网关界面上进行设置，也可由管理平台服务器远程设置。

3.3管理平台服务器设计

管理平台服务器功能结构与网关基本相同，采用微软VS集成开发环境和SQL数据库管理软件编写，一方面以C/S体系结构与网关交换数据，集成了数据采集、节点状态管理、历史报表、曲线显示、阈值报警、决策优化管理等功能;另一方面采[CM(25]用B/S结构，以Web服务的方式为Internet上的其他客户提供网页浏览和管理控制[6]。

4系统性能测试

系统在江苏江阴阳光生态园玻璃大棚实地测试，测试大棚面积为200 m2，按每5 m2分布1个土壤水分测试点和1个土壤温度测试点，每10 m2分布1个空气温湿度测试点，10个光照度测试点分散挂载在大棚顶端，按区域分布4个路由节点，安装时各节点满足天线与地面垂直[2]。Zigbee发射信道统一选择信道11，PANID为0xa1b2。

随机抽取不同距离的节点对协调器发送数据，对数据丢包率进行测试，测试时间为1 h，设置节点为定时5 s发送，测试结果如表2所示。

由表2可知，在10 m以内的较近传输距离下，传输丢包率为0，较远距离节点的丢包率基本在4%以内。控制丢包率的主要措施是增加各节点的发射功率以及增加节点与协调器之间路由节点的数量。

对传感节点采集的数据进行采集误差的测试，每种传感器随机测试20次， 间隔1 h。传感节点采集结果与高精度测试仪器同时同地测得的结果进行比对，如表3所示：采集结果的平均误差都在允许的范围之内，系统所使用的传感器节点的采集精度满足设计要求。

5结论

设计了一种互联型农业大棚智能测控系统，能对农业大棚内温湿度、土壤温度、土壤含水率、光照度进行采集与控制，实时监测大棚作物生长环境，在线决策与优化控制系统。该系统运行效果表明，数据采集精确度高，WSN工作传输性可靠。管理平台服务器为远程监控和用户浏览提供了便捷。从长远来看，系统必须进一步加强与农田信息网络的深度融合。

[HS2][HT8.5H]参考文献：[HT8.SS]

[1]蔡文科，俞阿龙，李将，等. 基于WSN的大区域农田土壤远程监测系统设计[J]. 农机化研究，2015，9(9)：77-82.

[2]李正民，张兴伟，柳宏川. 基于CC2530的温湿度监测系统的设计与实现[J]. 测控技术，2013，32(5)：25-28，39.

[3]包长春，石瑞珍，马玉泉，等. 基于ZigBee技术的农业设施测控系统的设计[J]. 农业工程学报，2007，23(8)：160-164.

[4]杜尚丰. 智能光照传感器的研制[J]. 仪器仪表学报，2003，24(增刊2)：298-299.

[5]高峰，俞立，张文安，等. 基于无线传感器网络的作物水分状况监测系统研究与设计[J]. 农业工程学报，2009，25(2)：107-112.

[6]张猛，房俊龙，韩雨. 基于ZigBee和Internet的温室群环境远程监控系统设计[J]. 农业工程学报，2013，29(增刊1)：171-176.

作者：何谐 井新宇

第2篇：设施农业温室大棚智能控制技术的现状与展望

摘要：设施农业的发展是农业现代化的重要标志，也是现代化农业发展的重要建设任务。温室大棚智能控制作为设施农业种植与生产过程中的关键环节，是提高生产效率、保障农作物品质的重要措施，近年来，已成为国内外热门研究课题。温室环境是一种非线性、强耦合性、多干扰性、时滞性的动态环境系统，温室内环境因子与环境因子、植物生长情况与环境因子之间都存在复杂的能量关系。因此，如何高效经济地实现温室内多因子间的复合控制是温室环境控制过程要解决的关键问题。我国的智能温室大棚技术较国外发展晚，在控制方法、控制技术和控制成本等方面都与国外先进技术存在较大差距。为了促进我国设施农业温室大棚智能控制技术的快速发展，推动设施农业领域的技术进步，总结了国内外温室大棚智能控制技术的发展过程，重点对模糊控制、神经网络控制和专家系统控制等温室控制算法进行了分析和比较，展望了设施农业温室大棚智能控制技术的发展方向。

关键词：设施农业;温室大棚;控制方法;智能控制

收稿日期：2017-04-05

基金项目：山西省科技厅重大专项(编号：20131101029);山西省物联网产业发展及应用分析预测(编号：kxkt1605)。

作者简介：邢希君(1991—)，女，山西太原人，硕士研究生，主要从事设施农业温室大棚智能控制技术研究。E-mail：370760959@qqcom。

通信作者：宋建成，博士，教授，博士生导师，主要从事设施农业温室大棚智能控制技术、矿用智能电器、故障诊断与灾害预警技术研究。E-mail：sjc6018@163com。

温室系统是一种多输入、多输出、强耦合的复杂系统[1]。温室中影响作物生长发育的主要环境因子包括温度、水分、光照、土壤、空气(如二氧化碳、氧气等)、生物条件等。这些环境因子都是时变量，其变化没有规律可循且难以进行预判，另外这些环境因子变量是相互作用、相互耦合的，难以用数学模型表述，这些问题都对温室控制带来了很大的难度。其中温湿度的变化对温室植物生长的影响最大，且耦合程度较大，目前，大部分研究集中在温湿度的控制上[2]。

农业温室大棚控制技术总体经历了定值开关控制、PID控制和智能控制3个发展阶段。定值开关控制可以细化分为手动控制和自动控制，是一种不考虑温室控制滞后性和惯性的简单控制方法，在实际控制过程中存在精度低、静态误差大、超调量大、振荡明显、耗能大等问题，从而无法达到理想的调节效果。PID控制是目前应用领域最广泛的控制方法，控制过程包括比例、积分、微分3个环节。一般情况下，温室系统中PID控制方法相比开关控制可以取得较好的调节效果。然而，PID控制对研究对象数学模型要求较高，使得在温室环境控制系统中难以发挥其优势[3]。

智能控制是指使用类似于专家思维方式建立逻辑模型，模拟人脑智力的控制方法进行控制。智能控制具有下列优点：(1)可以不完全依赖工作人员所具有的专业知识水平;(2)可以预测温室环境的变化状态，提前作出预判断，从而尽可能解决温室大滞后的问题;(3)由于其全局统筹控制[4]，可以解决各设备在进行调节时相互协调的问题，进而减少控制系统的超调和振荡;(4)可以实现自适应控制功能，根据作物的生长状态、环境参数的变化状态和各调节单元的运行状态自动调节作物的生长环境，实现最优生长。智能控制最大进步是将先进的控制算法加以应用，进而能够确保控制系统的稳定运行和控制精度，且具有良好的鲁棒性，非常适合解决温室的环境调控问题[5-6]。

自20世纪90年代开始，智能控制成为温室内环境控制的热门研究方向，发展十分迅速。智能控制是传统控制理论高级阶段的产物，虽然其理论体系不如过去简单的控制理论完善，但已经在各个领域的应用上取得了令人瞩目的成果。特别是在传统控制方法难以解决的复杂控制系统方面(如本研究的温室大棚智能控制系统)，其优势非常突出。智能控制方法主要包括模糊控制、神经网络控制、专家控制系统、遗传算法、仿人智能控制等。模糊控制方法、神经网络控制方法及专家控制方法作为设施农业温室大棚智能控制方法相继应用于温室控制系统中[7]。本研究分析设施农业温室大棚智能控制技术的发展现状，分别对模糊控制技术、神经网络控制技术、专家控制技术的控制原理、控制方法、优缺点以及具体案例进行分析，并对其未来的发展方向进行预测。

1模糊控制技术

11模糊控制原理

近30年来，模糊控制一直是智能控制研究和应用领域的热点。模糊控制(fuzzy control)是一种非线性智能控制方法，它不需要获得准确的研究对象模型，而是将人的知识和经验总结提炼为若干控制规律，并转化为计算机语言，从而模仿人的思维进行控制。模糊控制具有较强的知识表达能力和模糊推理能力，经过模糊逻辑推理可以实现类似人的决策过程。模糊控制在模糊规则制定时实际上就隐含了解耦思想，这在不同程度上削弱了温湿度等环境因子相互耦合造成的影响，因此控制效果良好[8-9]。

典型的模糊控制系统由输入端、模糊控制器、执行机构、被控量、输出端和测量装置6个部分构成，其中模糊控制器为整个系统的核心部分，其结构如图1所示。模糊控制分为模糊化、建立规则、模糊推理、去模糊化4个过程。具体过程为被控目标的精确数值经过测量设备的收集，与系统设定值(如设定的温湿度值等)进行比较，将其偏差或偏差变化率输入到模糊化模块，映射为输入论域上的模糊集合，继而转化为模糊量。模糊控制器根据模糊控制规则进行模糊推理，将模糊输入量进行推理、决策，进而得到对应的模糊输出量集合。由模糊集合确定一个最能反映模糊推理结果的精确值，用于控制或驱动执行机构，最后执行机构作用于被控对象。按此过程进行下去，即可實现被控目标的模糊控制[10]。

12模糊控制方法

121基本模糊控制方法

为了解决温室大棚中模型建立难和控制精度低的问题，国内外的研究焦点集中在模糊控制方法上。基本模糊控制是通过总结农业专家经验，提炼为模糊控制规律，并利用计算机程序加以实现，多以温室内外环境参数、设备运行状态和植物生长信息为输入，以温室环境调控设备控制信号为输出。

韩毅等提出了一种温室大棚变结构模糊控制器，通过对采集的空气温湿度进行参数识别，将模糊控制划分为快速控制和精细控制2个过程，并为每种过程设计单独的模糊控制器[11]。试验证明，该方法可以显著提高温室大棚温湿度控制系统的控制精度。Hahn设计一个了模糊控制器来控制温室气候，变量使用太阳辐射、衬底温度和冠层温度[12]。使用模糊控制器后，温室中番茄开裂率下降35%。Azaza等设计了一个基于模糊控制方法的系统，用于对温室中主要变量进行控制[13]。利用二型模糊逻辑控制器改善控制效率、能源使用率和作物产量，通过无线数据监控平台监控智能数据进而增强系统性能。卢佩等设计了基于模糊控制算法和LabVIEW的温室大棚温湿度监控系统[14]，通过引入温湿度解耦参数对温湿度的控制过程进行改善。结果表明，引入温度和湿度解耦参数后，监控系统的稳定性、监测精度和控制效率都得到了显著提升。

122模糊PID控制方法

经典的模糊控制稳态精度不够细腻、控制动作不够精准，为了更好地改善模糊控制的稳态性能和控制精准度，将模糊控制与传统的PID控制相结合，提出了模糊PID控制方法(Fuzzy-PID)。模糊PID控制大致分为2种。(1)为兼具模糊控制和PID控制的双模控制方法，即在误差大时使用模糊控制，误差变化小时切换为PID控制。(2)为利用模糊控制对PID进行自适应整定，即引入模糊逻辑，对PID控制的3个系数进行实时调整和优化，模糊自适应PID控制系统结构见图2，这种控制方法可以提高系统的灵活性，使之具有更强的自适应性和鲁棒性，应用于温室大棚智能控制系统可以同时提升其静态性能和动态性能[15]。

曾庆良等将模糊PID算法与Smith预估器进行组合，利用形成的Smith模糊PID算法对温室温湿度进行调控，一定程[CM(25]度上改善了智能算法在时滞系统控制上存在的问题，系统

[TPXXJ2tif]

的抗干扰性能和系统的动态静态响应品质也得到了提高[16]。朱伟等设计了一种模糊PID控制器，利用模糊推理，对PID控制器的3个参数进行快速调节，进而控制空调压缩机的运转速率，并通过MATLAB进行仿真，结果表明，该算法相较普通PID算法具有调节时间短、响应速度快的优点[17]。

123基于遗传算法的模糊控制方法

遗传算法(genetic algorithm)，即利用遗传算子对现有个体进行遗传操作，得到后代个体种群，后代个体拥有上一代基本特征，优良的特征会被留下并进行组合，坏的特征则被淘汰，从而算法朝着更优解的方向进化。

遗传算法作为一种随机搜索的全局优化算法，在模糊规则的自动获取过程中表现出了良好的性能。遗传算法以试探的方式，对模糊控制的隶属函数和控制规则进行优化，使模糊控制参数的确定不再单纯依靠专家经验，从而降低模糊控制各个阶段中出现的主观性和随意性[18]。其系统结构见图3。

王君设计了一种两输入三输出的模糊PID控制器，利用遗传算法对这种控制器的三角形隶属函数和模糊控制规则进行优化[19]。相比较常规的模糊PID控制器，响应速度变快，超调量变小。

[HTK]13模糊控制技术的研究进展[HT]

针对模糊控制的研究还在不断深入，模糊控制理论仍在快速发展，模糊控制未来将向着如下方向发展：(1)自校正模糊控制方法。这种方法可以对模糊控制中的模糊控制规则等参数进行实时调整，使模糊控制具有自学习性和自适应性。(2)多变量模糊控制方法。这种方法适用于解决具有多种输入变量和输出变量的强耦合系统，这种系统相较单输入单输出系统更加贴近实际工程项目，多变量间的耦合问题和控制规则的急剧增加是研究的重点。(3)专家模糊控制方法。这種方法灵活应用专家系统，将专家系统对知识的表达方法融入模糊控制，使模糊控制更加智能。(4)智能模糊控制方法。将模糊控制算法与智能优化算法(如遗传算法、蚁群算法等)相结合，可以对模糊控制规则进行在线寻优，大大改善模糊控制的品质[20]。

优化后的模糊控制将具有更好学习和调整能力，可以有效改善相应系统的品质，但其仍是以常规模糊控制器为基础，所以在控制规则、隶属函数等方面的优化、学习能力存在局限性。

2神经网络控制技术

21神经网络控制原理

神经网络控制就是利用物理上可实现的器件或系统，使计算机语言模拟人脑神经的决策方式进行控制。通过调整大量并行互联的节点间的连接关系，以完成对信息的处理，并将这种模拟应用在实际工程问题上[21]。神经网络的工作过程大致分为2个阶段：第一阶段，神经元通过自学习不断调整各计算节点之间的连接权值，同时保持各节点的状态稳定不变;第二阶段，各计算节点间的连接权值不作变化，对各节点的输出进行计算，从而达到预期的稳定状态[22]。

神经网络以结构进行划分主要有2种。(1)前馈型网络，开环无反馈，其结构见图4。主要分3部分，即输入层、隐含层、输出层，每部分由若干神经元组成，典型的代表为径向基函数神经网络(RBF网络)和误差反向传播神经网络(BP网络)。(2)反馈性神经网络，其结构见图5。这种网络中任意2个节点之间都可以进行双向通信，即对于节点计算值既可以输入也可以输出，如Hopfield网络。

作为智能控制的分支之一，神经网络具有很强的自适应性、自学习性、非线性拟合能力以及容错能力。基于这些优点，神经网络技术在设施农业愈发受到重视。

22神经网络控制方法

221基本神经网络控制方法

在温室控制系统中，基本神经网络的作用主要是对系统的辨识和最优预测，其中广泛使用的是BP神经网络。BP神经网络的工作基于最小二乘法理

论，通过梯度搜索技术对各层的权值不断地进行调整，从而使输出值不断接近期望值。利用神经网络控制方法对温室参数和模型的预测可以提高预测精度，加快收敛速度。

李倩等建立了3个温室大棚模拟模型，分别模拟冬季、春季通风时段和春季不通风时段的温、湿度BP神经网络预测模型[23]。结果表明，试验建立的不同自然环境、不同植物类型的BP神经网络模型均可以满足预测要求，且误差较小。程曼等为解决温室中大滞后大惯性的问题，提出一种基于神经网络控制的温室数学模型，该方法将温室内外部环境信息、作物生长信息、设备运行状态，及当地实时天气预测值进行融合，提出全局变量的概念，通过BP神经网络算法对温室未来环境状况进行短期预测，一定程度上改善了系统时滞性[24]。许童羽等提出一种适用于模拟北方温室空气相对湿度的预测模型。对比2种流行的神经网络，得出RBF网络是连续函数的最佳逼近，相比BP网络具有收敛速度快，且可避免局部最优的优点[25]。试验结果表明，该模型的学习过程耗时相对较短，预测误差较小，预测结果良好。

模式识别，即通过对表征事物的各类信息进行处理，进而对事物进行分类和识别。将基本神经网络应用在温室模式识别领域，可以提高识别准确度。Fourati提出了一种温室的复合神经控制策略，利用了ART2神经网络对温室数据库进行识别，进而划分为几个子数据库，从而得到不同的局部温室模型，对应合适的神经控制器与适当的操作模式[26]。仿真结果表明，使用ART2神经控制分类器比单一的神经控制策略具有更小的输出误差。

222模糊神经网络控制方法

模糊神经网络(fuzzy neural network)是当今温室智能控制的研究热点。模糊神经网络控制就是模糊控制与神经网络控制的结合，兼具有神经网络强大的自学习功能和模糊逻辑推理较强的知识表达能力。

通常模糊控制和神经网络控制有以下3种结合方式：(1)模糊神经网络混合控制方法。该方式的控制器为模糊控制器和神经网络控制器共同构成，对输入信号进行判断，选择对应控制器对其进行处理。(2)基于模糊推理的神经网络控制方法。即先对输入信号进行模糊推理，再传递给神经网络进行处理，形成的控制方法主体为神经网络控制方法。(3)基于神经网络的模糊控制方法。即利用神经网络函数调整模糊函数推理系统的隶属度函数和推理规则，其主体为模糊控制方法，这种结合方式最为常用。

Eddine等提出了一种基于自适应神经模糊推理系统的温室气候模型，该模型的输入为环境因子和控制执行机构参数，用来代表番茄植物成长过程中的主要影响因素[27]。利用神经网络进行训练，经过500次迭代后得出最后模型。Khoshnevisan等的研究中，利用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)对温室草莓的产量进行预测，并对人工神经网络(ANN)模型和ANFIS模型的预测结果进行对比，结果表明，ANFIS模型相对人工神经网络模型可以更好地预测草莓产量[28]。吴晓强等运用模糊控制理论和专家知识建立温室控制模糊规则，结合BP神经网络控制理论，以温度和湿度作为主要控制变量设计模糊神经网络控制系统[29]。模糊神经网络模型共分4层，最后试验对模糊控制与模糊神经控制的仿真结果进行了对比，证明模糊神经控制超调更小、响应更快、控制效果更好，且具有良好的抗干扰能力。

模糊神经网络控制方法可以将模糊控制方法和神经网络控制方法的优缺点进行互补。如利用神经网络的自学习能力，可以很好地解决传统模糊控制过度依赖专家知识的问题。而模糊控制的加入使神经网络对于知识的表达能力大幅提升。二者的结合是模糊控制领域和神经网络控制领域共同的发展方向，能够解决许多传统控制方法无法解决的复杂问题[30]。

23神经网络控制技术的研究进展

从国内外研究现状可以看出，神经网络技术已经成为多交叉学科融合的前沿技术，将其与多种先进控制方法(如模糊控制、遗传算法、专家系统等)进行融合形成的智能控制方法也已被广泛应用于各个领域并取得了良好的效果。神经网络控制尤其适用于数学模型难以准确建立，或对象机理不明确的应用场景。在设施农业温室大棚的研究中，神经网络灵活应用于产量预测、虫害预测、作物生长状况以及作物生长环境的研究。在运用神经网络对温室系统进行系统辨识和控制时，其网络结构、控制算法、控制结构等的确定将是未来主要研究方向。

3专家系统控制技术

31专家系统控制原理

专家系统控制(Expert Control)的研究起源于20世纪60年代末，作为人工智能中最具实用价值的技术，已经广泛应用于众多生产生活领域。专家系统控制就是以智能的方式利用某一领域的专家知识，是专家系统技术与传统控制理论结合的产物。专家系统是一种具有特定领域专家级知识和经验的智能计算机系统，因其集成了相关领域众多专家的经验和知识，有时甚至超过相同领域的人类专家的水平[31]。

专家系统主要组成部分为专家知识库和推理机，其结构见图6。专家知识库是用来存放某一领域相关知识和规则的数据库，这些知识来自相关领域的常识性知识、已经确定的书本文献的知识以及专家们经过反复实践得出的知识，是推理機工作的知识基础。推理机根据知识库中存放的专业知识为推理基础，根据问题类型选择推理策略和机制，为遇到的现实问题提供解决方案。专家知识库和推理机的设计对专家系统的设计至关重要。

相对于一般的智能控制而言，专家系统控制具有如下基本特点：(1)具有特定领域专家级别的知识;(2)具有启发性，可以进行有效推理;(3)具有灵活性和透明性;(4)具有一定的困难性和复杂性。

32专家系统控制方法

321基本专家系统控制方法

农业专家系统是综合分析各类农业领域相关知识、经验、数据和模型后，通过计算机得出最优的解决方案，用于指导智慧农业生产的一种高新科技[32-33]。当农业专家系统运用在温室大棚时，可以大大提高温室的智能性，使温室系统具有诊断、决策及预测等功能。

王健运用专家系统控制方法建立了温室番茄生长发育专家系统，可以随时调用查询预存的专家知识和经验，从而实现番茄生长发育预测和病虫害的预测诊断。设计了相关的界面，并细化了各个模块的功能[34]。晏江着眼于设施蔬菜生产的整个过程，将计算机控制技术与设施蔬菜栽培专家的经验、知识和解决问题的方法相结合，集成先进的农业技术，开发了一套具有一定先进性的设施蔬菜生产管理专家系统，为温室种植者提供决策辅助[35]。系统具有播前决策功能、田间管理功能、病虫害防治功能、产后决策功能、其他辅助决策功能和知识获取功能，具有很好的实用性。西班牙科学家 Gonzalez-Andujar设计了一种具有蔬菜病虫害防治、杂草鉴别功能的专家系统，方便种植者查询作物种植方面较为全面的指导性建议[36]。系统根据专家知识内容分为病害、虫害和杂草3个子系统，每个子系统拥有各自独立的数据库，提高了决策的针对性及正确性。

322模糊专家系统控制方法

专家系统的规则前件和后件通常都是精确的集合，所以推理范围狭窄，但实际问题的知识概念往往不是很明确的。模糊控制则存在控制器与知识表达结构单一，对复杂问题的启发性问题解决较为困难的问题。将二者结合形成模糊专家系统控制方法，以模糊控制作为最基本的控制规律，由专家系统根据被控目标的特征选择相应的最有效的控制规律，这种算法可以很好地弥补模糊控制和专家系统各自的缺陷和不足。

西班牙的Romeo等提出一种新的专家识别系统，用于区分玉米大麦等作物与杂草，它由决策和识别2个主要模块构成，运用专家系统并加入模糊控制的策略[37]。吴晓辰在温室栽培研究中，在对植物病例分析的部分将模糊控制融入专家系统，推导了一种不完备信息系统的模糊度来进行病症特征的提取的算法，即从人为经验知识归纳得出的知识库中提取病症特征，利用模糊函数对不完备的信息的判断和总结，从而进行病症诊断推理[38]。

323神经网络专家系统控制方法

神经网络和专家系统在控制方面都具有各自的优点，也都具有各自的局限性。专家系统的优势在于规则清晰表达和对推理过程的正确表达，而神经网络的优势在于决策力以及对知识的获取上。将二者结合形成神经网络专家系统，其中神经网络作为专家系统自动获取知识的新途径，专家系统直接改进神经网络的权值问题，也可以间接改善神经网络学习速度，达到了2种控制方法的优势互补。

张洪波等设计了一种基于BP神经网络专家系统控制方法的智能温室大棚控制系统[39]。系统被划分为多个功能模块，分别具有各自的任务和功能。在算法上将神经网络和专家系统进行集成，融合了二者的优点，使系统更加智能。马丽丽等根据已有的专家知识库建立了以温室大棚温湿度为输入的神经网络病害预测模型，并通过此模型结合实时环境数据对未来的病害进行预测[40]。

33专家系统控制技术的研究进展

近20年，农业智能专家系统技术发展迅速[41]。农业智能专家系统运用现代化的手段，将智能技术、计算机技术、3S技术、数据挖掘技术等与专家系统控制技术进行融合，催生了如运用精确化农业信息的精准农业专家系统控制方法、侧重植物形态结构的虚拟作物专家系统控制方法以及深度运用数据挖掘技术的专家系统控制方法等。这些智能专家系统控制方法旨在模拟领域专家的智能思维及行为，为作物提供最适宜的生长环境参数和环境调控方案，将会成为今后农业专家系统的主要发展方向。

温室专家系统控制技术，经过数十年的发展成功应用于温室诊断、预测、咨询、控制等方面，成为设施农业温室智能控制方面的研究热点。

4展望

基于对目前国内外设施农业温室大棚环境控制技术研究现状的分析，结合作者在实验室的基础研究，提出今后温室环境控制技术的发展方向。

41传感网络的无线化

随着无线传感器网络(WSN)的发展，智能温室大棚的无线化将成为必然趋势[42]。传感网络无线化，即数据通过无线网络从众多小型传感器节点发送到信息采集站或集控中心。这种传感网络具有极佳的自愈性和自组织性，相较于传统有线传感网络不仅具有故障少、成本低的优点，而且很好地解决了高温高湿环境下线路易腐蚀老化的难题，非常适合应用在温室大棚控制系统。多传感器的数据融合和传感器节点的节能管理等重点难点将成为无线传感网络的未来研究方向。

42智能控制方法的融合化

模糊控制的优点是鲁棒性优良，知识表达能力强，无需建立精确的模型;缺点是只可实现的是粗略控制且对滞后的问题无法有效解决。神经网络控制具有可训练性和自适应能力，且计算速度快;缺点是结构和类型难以确定，无法保证结果的绝对正确性，算法易陷入局部最优。专家系统的优点在于规则的清晰表达和对推理过程的正确表达;缺点是不具备自学习能力，且知识获取较难，造成了效率的低下。单一的控制方法无法满足温室系统的智能控制，将多种算法进行集成融合，优势互补，取长补短，则可以实現对温室众多环境因子变量更有效控制。

43物联网技术的成熟化

农业物联网即通过部署传感装置、计算设备、执行设备以及信息通信网络，实现“人、机、物”的相互联通。随着物联网在农业方面的应用日趋广泛和成熟，物联网技术将全面渗透到智能温室控制领域，包括对农业对象的信息识别、定位追踪、环境监控和综合管理等。在温室环境智能化监控、产品可追溯和信息融合等方面，物联网技术都体现出了其独有的优势。物联网技术是世界设施农业发展的趋势，也是我国设施农业发展的必经之路。

44专家系统的智能化

专家系统与自动控制技术相结合，并灵活应用数据挖掘技术，可以实现对温室大棚内环境的实时监控。根据不同作物不同时期的生长需求，自动形成最优控制方案，按其所需提供适宜的环境参数和控制建议。这样充分发挥了专家系统在数据处理方面的优势，使系统具有自适应性和自学习性。除了环境调控方面的应用，温室大棚专家系统不断向多层次、多功能的方向发展，逐渐在病虫害防治、作物生产管理、辅助决策、经济分析等多个方面表现出其先进性。专家系统的应用使温室大棚系统控制更智能，方法更简单，效果更明显，食品更安全。

45农产品全程可追溯化

农产品安全追溯系统，即利用网络技术和身份识别技术(如二维码、条形码、电子标签等)将农产品的生产环节、加工环节、储藏环节、运输环节和销售环节打通，形成一个安全追溯闭环。用户可以更便捷地获得农产品的全程可追溯信息，实现设施农业的透明化管理。使消费者获得更加便捷的生活服务，使生产者获得较好的产品推广，使监管部门获得更全面的管理数据，从而更好地保证食品安全。农产品全程安全可追溯已经成为世界农业发展的趋势。

5结论

目前，设施农业温室大棚智能控制技术是多变量、大滞后、强耦合的复杂温室大棚系统最行之有效的控制方法[43-44]。随着设施农业温室大棚智能控制技术的研究，部分智能温室大棚已经可以突破自然环境的制约，按照人类的市场需求，为植物创造出最适宜的生长条件。

本研究分析了设施农业温室大棚智能控制技术的发展历程，研究了模糊控制技术、神经网络控制技术和专家控制技术中标志性智能控制方法的内涵、优缺点以及适用的控制环节。指出现阶段多种智能控制方法百花齐放，没有孰优孰劣之分。合理利用不同智能控制技术的优点，对多种智能控制技术进行集成融合，才能为作物提供更适宜的生存环境。

设施农业温室大棚智能控制技术的发展趋势必然是智能控制、传统控制及诸技术(如无线传感技术、物联网技术、身份识别技术等)的融合。在提高农作物产出率的同时，实现农产品全程安全溯源，实现各个环节智能化，向着高产、高效、环保、节能、安全、透明的方向稳步持续快速发展。作为设施农业的重点发展方向，温室大棚智能控制技术必然具有广阔的研究和应用前景。

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作者：邢希君　宋建成　吝伶艳　田慕琴　李德旺

第3篇：浅析基于移动互联网的农业大棚智能监控系统的设计

【摘 要】随着我国农业的不断发展，智能农业的概念提出，农业大棚中智能监控系统的应用是智能农业的重要体现。在我国移动互联网技术不断发展进步的背景下，农业的自动化以及智能化水平也得到有效提升。随着以互联网为基础的农业大棚智能监控系统逐渐被推广、应用，我国智能农业得到了快速的发展。论文主要对基于移动互联网的农业大棚智能监控系统的设计进行了探究[1]。

【

【关键词】移动互联网;农业大棚;智能监控系统;设计

【

1 引言

众所周知，我国是农业大国，所以农业的发展直接影响着我国国民经济的发展。近年来，我国农业取得了较大的进展，农业大棚技术是保障我国农业健康、持续发展的重要基础技术，受到社会各界的广泛关注，而智能监控技术作为农业大棚中不可或缺的技术，也受到了人们的重点关注。智能监控系统能够对农业大棚内的环境进行有效监测和调控，使得农业工作人员能及时了解农作物的生长情况，其应用对于农业发展有重要意义[2]。

2 移动互联网关键技术概述

移动互联网技术在农业中的应用其实就是指在农业生产过程中，运用移动互联网技术或设备对农业生产信息进行采集和监控，进而实现农业生产活动的合理规划，减少农业工作人员的工作量，提升农业生产的智能化水平。在早些时期，农业大棚监控系统主要应用的是有线布线方式，但是这种方法存在较多的缺点，例如初期的安装以及后期设备的升级比较困难，并且在农业大棚种植范围不断扩大的情况下，监控系统的布线及升级也变得越来越复杂。而在农业大棚监控系统中应用移动互联网技术能很好地解决有线布线方式的问题。这种技术的无线传输能够克服有线传输布线复杂的困难，并且可以通过网络利用计算机、手机等设备对农业大棚内农作物的生长情况、生长环境等进行监控。

现阶段，移动互联网络技术中的ZigBee技术和GPRS技术在农业大棚监控系统中有比较广泛的应用。由于ZigBee无线技术具有可靠性高、传输距离短、耗能低等多个优点，所以其在数据采集工作中具有较大的优势。与此同时，ZigBee无线技术的自组网特性使其可以较好地实现传感设备数据的无线传输。以GSM为基础的GPRS(通用分组无线数据传输技术)，该技术也有传输速度快、覆盖范围较广、通信质量较高以及随时在线等多项优点。GPRS技术支持TCP/IP协议，能够和因特网直接进行连接。所以，在农业大棚监控系统中应用ZigBee及GPRS两项技术，能使ZigBee网络短距离通信与GPRS网络远距离通信的优势互补，有利于农业大棚智能化的发展。

3 农业大棚智能监控系统需求分析

3.1 系统数据采集需求

数据釆集就是对农业大棚内的相关环境数据进行收集，其需要满足下面几点要求：第一，由于农业大棚通常占地面积比较大，小范围的数据采集无法有效体现出大棚内整体的状态，因此，相关环境数据的采集范围需要涵盖整个大棚内所有的关键性区域，这样才能够体现出大棚整体的运行状态;第二，由于大棚内环境的相关数据会受到各种外界因素的干扰，可能会随时发生改变，所以，进行数据采集时需要具有较高的采集频率，这个时间间隔应该能够调节，最好是控制在10～30s;第三，在农业大棚内，影响农作物生长环境因素主要包括温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度以及土壤含水率，这些环境因素直接影响农作物的生长情况，所以进行数据采集时必须采集这些环境数据。

3.2 系统数据存储需求

数据存储是农业大棚智能监控系统必须具备的功能，其主要有下面幾点要求：第一，安全性较高。高安全性是数据存储必须具备的特性，因为一旦存储的数据出现丢失、损坏等情况，就可能对整个系统的正常运行造成较大的影响。因此，系统应该能够实现数据的实时备份和异地备份等功能。第二，容易管理。随着农业大棚智能监控系统的运行，数据会越来越多，数据存储工作也会变得更加烦琐，因此必须具有易管理的特性。第三，具有可扩展性。数据存储必须具备可扩展性，可以在数据容量需求不断提升的情况下，实现存储空间的有效扩展。第四，要具有时效性。农业工作人员可能在某一时间点调用系统中存储的历史数据，所以系统必须能够存储3年以内的数据。

3.3 系统数据管理需求

数据管理，顾名思义就是对系统中的数据进行管理，这些数据主要有用户数据、设备数据以及环境数据等。这其中用户数据及设备数据会依据智能监控系统的变更而修改，这两种数据的管理属于业务数据的管理。环境数据管理主要是对实时和历史环境数据进行的管理。实时环境数据主要体现了大棚内当下环境状况，数据量比较小。而历史环境数据主要体现了大棚内之前的环境状况，所以数据量会比较大。通常在系统中，实时环境数据被调用的次数远远大于历史环境数据，因此，不论是存储还是查询，实时数据都应该具有较高的优先级。

4 农业大棚智能监控系统的总体设计

农业大棚智能监控系统主要包括ZigBee无线传感器监控模块、ZigBee+GPRS无线网关通信模块以及监控客户端3个部分。系统的工作原理是：ZigBee无线传感器监控模块利用ZigBee网络把采集到的农业大棚内的环境数据集中到ZigBee+GPRS无线网关通信模块，该模块再将处理之后的数据通过GPRS网络链接到移动或联通基站，基站再将数据传输到监控客户端上，最后监控客户端再对数据进行处理，支持用户对农业大棚内的实时环境数据进行直观的观测。

4.1 ZigBee无线传感器监控模块设计

ZigBee无线传感器监控模块(如图1所示)需要实现数据采集、数据处理、设备控制以及电源管理4项功能。所以，ZigBee传感器监控模块设计了以下4个模块：监测模块主要功能是连接各种传感器，采集大棚内的相关环境数据;CC2530模块其实就是中央处理器模块，它是整个系统的核心，其主要功能是对传感器所采集的数据进行处理，并且实时地处理上级下发的一些控制命令;而控制模块的主要功能是连接农业大棚内的控制设备，控制设备进行灌溉、通风等工作;电源模块的主要功能就是进行电源管理，为整个系统提供稳定、持续的电能。

4.2 ZigBee+GPRS无线网关通信模块

在基于移动互联网的农业大棚智能监控系统中，ZigBee+GPRS无线网关通信模块有效地结合了ZigBee技术以及GPRS技术的优点，使这两种技术强强联合、优势互补，进而有效促进农业大棚监控系统的智能化发展。这两种技术的结合不仅能够减少系统的整体成本，更重要的是使系统网络的覆盖范围得到扩大。在硬件结构上整个Zigbee+GPRS无线网关通信模塊主要包括ZigBee协调器和GPRS无线模块，这两个模块之间通过UART串口进行通信。

5 结语

总而言之，在农业大棚智能监控系统中应用移动互联网技术，有利于提升农业大棚监控系统的智能化水平，通过应用高速的移动通信网络，对农业大棚内的环境数据、生物生长情况进行实时监控，与此同时还能实现对大棚内设备的有效控制，进而确保农业大棚内生产环境的稳定性，使农作物健康生长。

【参考文献】

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【2】刘士敏，杨顺. 基于无线传感器网络的农村温室大棚监控系统[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2013，13(8)：48-51.

作者：徐贵凤 王士玺 卜灿灿

第4篇：农业智能大棚控制、溯源系统设计方案

生态农业智能温室大棚 监测、溯源及控制系统

设 计 方 案

xxxxxxxx有限公司

目录

背景 .................................................................................................... 3 一：客户需求 .................................................................................... 3 二：系统结构及控制模式 ................................................................ 5 三：现场数据采集与控制功能 ........................................................ 6 四：监测软件数据平台 .................................................................... 7 五：功能应用 .................................................................................... 8 六：农产品溯源系统 ........................................................................ 8

七、条码仓储管理系统(WMS) ...................................................... 10

八、商品盘点 .................................................................................. 13

背景

温室智能控制系统是利用环境数据与作物信息，指导用户进行正确的栽培管理。物联网温室环境监测系统可广泛应用于农业、园艺、畜牧业等领域，在需要特殊环境要求的场所实施监控和管理，为实现对生态作物的健康成长和及时调整栽培、管理等措施提供及时的科学的依据，同时实现监管自动化。

近年来，随着温室大棚化种植、工厂化育秧和设施栽培等农业生产技术的广泛应用，快速准确地环境参数的收集和分析就成为现实的需求，利用计算机技术对相应的农业气象参数进行采集，则一方面可及时了解作物生长的环境参数，另一方面也可根据采集的参数控制大棚环境的调节从而为农作物的生长提供适宜的生长环境。由于温室内的湿度、温度等环境条件不适合于普通PC 机工作，故这里选用单片机进行数据采集，而采集的数据可通过串口发射接收设备传送给上位PC 机进行分析处理。

一：客户需求

(1)智能温室大棚控制系统

随着国民经济的迅速发展，现代农业得到了长足的进步，全国各地根据需要普遍建设了日光温室、塑料大棚等为农作物创造出良好的生长环境。温室工程成为高效农业的重要组成。

温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度、湿度等对生物生长的限制。能使不同的农作物在不适合生长的季节产出，或完全的摆脱农作物对自然条件的依赖。

浙江托普仪器有限公司托普物联网部自主研发的智能温室大棚控制系统是针对温室大棚正常有效运转的控制要求配置的远程监控与管理系统。采用传感器技术、依托传统温室大棚生产工艺、设计的具有高可靠性、安全性、可扩展性的软硬件系统。

智能温室大棚监测控制系统充分利用物联网技术和组态软件实时远程获取温室大棚内部的空气温度、湿度、光照强度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数及视频图像，通过模型分析，远程或自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备，保证温室大棚内的环境最适宜作物生长;同时，该系统还可以通过手机、PDA、计算机等信息终端向农户推送实时监测信息、预警信息、农技知识等，实现温室大棚集约化、网络化远程管理。

二：系统结构及控制模式

(1)系统两大组成

智能温室大棚监测控制系统主要包括：上位机中心服务器控制平台和下位机现场控制节点：

◇中心服务器控制平台可选用物联网感知应用平台或者是为客户专门定制的操作监测平台。能够实现监测、查询、运算、建模、统计、控制、存储、分析、报警等多项功能。

◇现场控制节点由测控模块、电磁阀、配电控制柜及安装附件组成，与中心服务器控制平台可通过有线、无线、4G方式连接到一起。根据温室大棚内空气温湿度、土壤温度水分、光照强度及二氧化碳浓度等参数，对环境调节设备进行控制，包括内遮阳、外遮阳、风机、湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备。

(2)选择合适的控制方式

◇有线监控-----通过现场布线方式进行数据传输。

◇无线Zigbee监控-----利用Zigbee模块，对0-20KM范围为的数据监测传输。

◇4G网络监控-----利用通信网络形式，可监测传输距离无限远。 ◇有线和无线结合------根据实际现场环境，灵活结合。

三：现场数据采集与控制功能

智能温室大棚内的各参数传感器，对温室环境进行多点实时动态采集，经过A/D转换送入单片机处理，驱动执行装置从而实现温室环境的自动智能调节。显示装置实时显示温室内的温湿度、光照度等数值，能够更加一目了然地展示温室大棚数据全貌。

(1)温湿度监测

通过温湿度传感器监测大棚室外空气环境温湿度、室内空气环境温湿度、地表温湿度、土壤温湿度等，并能对数据进行采集、分析运算、控制、存储、发送等。

(2)光照度监测

通过光感和光敏传感器监测记录温室大棚内光线的强度，可以直接与相关的补光系统、遮阳系统等设备相连，必要时自动打开相关设备。通过无线传输技术将相关数据传送到用户监控终端。

(3)CO

2、O2浓度监测

在温室大棚内部署二氧化碳浓度传感器，实时监测温室中二氧化碳的含量，当浓度超过系统设定阙值范围时，通过无线传输技术将相关数据传送到用户监控终端，由相关工作人员做出相应调整。

(4)分区域检测

同一个棚内划区域控制管理，可实现每个种植区不同温湿度、不同气体配置等环境技术指标。用户可以通过上位机来监测、查询各区域的数据。也可以对个分块进行单独控制和整体协调控制。

(5)灌溉及喷药施肥控制

水灌溉与农药喷洒采用一套管线系统，根据植物生长模式，可通过自动、手动方式进行操作。 (6)报警控制

用户可设定某些参数指标的上限和下限。比如大棚温度应在30-15摄氏度之间，高于或低于这个温度范围都会产生报警信息，并在上位机中控平台和现场控制节点显示出来。

(7)节点故障通知

现场控制节点出现故障时可及时以中心服务器平台、手机短信、报警信息等方式通知管理者。

(8)备用冗余功能

为了避免设备故障及异常带来不便，影响作物的生长。设备可进行扩展冗余，当设备出现故障时，辅助设备进行0切换。从而实现连续无故障运行，增加系统稳定性和可靠性。

(9)自定义控制模式

可以根据温室大棚具体控制和监测需要，定制一些相应的监测项目及控制内容，该项目可以使模拟信号、数字信号、开关信号、频率信号等监测和控制。

四：监测软件数据平台

生态农业智能温室大棚自动监控软件，采集温室大棚内现场数据，经传感器数据模块传送至ZigBee节点或RS485节点上，然后通过有线、无线、4G网络传输到数据平台，按照相关设定进行分析展示并进一步完成相应控制。

(1)友好的用户登陆管理界面

规定用户使用权限，不同用户提供不同的操作权限，非用户不能登陆系统，保证系统安全，操作简单而富有人性化。

(2)实时历史、曲线报表数据分析

系统将采集到的数据信息以实时曲线的方式显示给用户，并根据需要按照日、月、季、年参数变化曲线生成历史报表。便于对温室大棚运转情况进行分析做出改进，提高温室大棚的生产效率。

(3)多种形式的报警功能，适合不同场合需要

工作人员根据温室大棚内的具体情况设置温度、湿度等参数限值。在监测时，如发现有监测结果超出设定的阈值时，系统会自动发出报警提醒工作人员，报警形式包括：声光报警、电话报警、短信报警、E-MAIL报警等。

(4)远程控制

现场采集设备将采集到的数据通过有线、无线、4G无线网络传输到中控数据平台，用户从终端可以查看温室大棚现场的实时数据，并使用远程控制功能通过继电器控制设备或模拟输出模块对温室大棚自动化设备进行控制操作，如自动喷洒系统、自动换气系统、自动浇灌系统。

(5)监控终端

监控终端通过可视化、多媒体的人机界面实现以下主要功能：①温室大棚内植物生长环境状况全面显示、查询，包括各种参数、光照强度以及历史数据等;②向温室大棚内监控系统发调度命令、调整设备运转状况，确保温室内为植物生长最适宜环境。

五：功能应用

1、房屋保温、保湿性能评价;

2、温室、大棚的温度、湿度监测管理;

3、仓库的温度、湿度监测管理;

4、蘑菇栽培的温度、湿度监测管理;

5、孵化室温度、湿度监测管理;

6、机房、图书馆、档案室、博物馆的环境监测管理;

7、烟草、粮库、医院等环境监测管理;

8、其它领域需要的温度、湿度监测管理。

六：农产品溯源系统

农产品溯源系统主要以二维条码为载体，对农产品质量安全进行全程追溯。通过在种植基地应用便携式农事信息采集系统，实现农产品履历信息的快速采集与实时上传，亦可对手工单据进行扫描采集上传。通过在生产企业应用农产品安全生产管理系统，实现有机生产的产前提示、产中预警和产后检测;通过将各生产企业数据汇集到园区管理部门，构建追溯平台数据库，实现上网、二维条码扫描、短信和触摸屏等方式的追溯，从而保障农产品质量。使企业能够实时地、精确地掌握整个生产及供应链上的产品流向和变化，控制整个生产流通环节安全可靠。

(一)、智能化信息采集功能。

种植、采购、生产、运输、政府监管到消费者查询追溯全程采用条码进行数据采集。

应用系统基于网联网架构(java开发)。种植点、生产工厂、分销机构和异地营业网点在同一套系统内使用。数据完整性好。可跨平台部署。支持Oracle、SQL Server等多种数据库。完全支持分布式部署。完善的数据同步处理机制。数据采集端采用C#开发，采集性能好，速度快。传输系统采用http协议进行传输，支持断点续传。采用多线程技术，可多点同时进行。传输数据经过高度压缩和加密处理。安全性好。条码解析器采用数据内存预加载方式。解码速度快。系统基础资料全部采用内存预加载方式处理，系统运行速度快。可对产品进行全程追溯(种植、采购、生产、运输、政府监管、消费者查询)。

(二)、系统优点

智能化信息采集功能。养殖、批发、零售、运输、屠宰、政府监管到消费者查询追溯全程采用RFID、二维条码交替进行数据采集。

应用系统基于网联网架构(java开发)。养殖场、分销机构和异地营业网店在同一套系统内使用。数据完整性好。可跨平台部署。支持Oracle、SQL Server等多种数据库。完全支持分布式部署。完善的数据同步处理机制。数据采集端采用C#开发，采集性能好，速度快。

传输系统采用http协议进行传输，支持断点续传。采用多线程技术，可多点同时进行。传输数据经过高度压缩和加密处理。安全性好。条码解析器采用数据内存预加载方式。解码速度快。系统基础资料全部采用内存预加载方式处理，系统运行速度快。可对产品进行全程追溯

七、条码仓储管理系统(WMS)

条码仓储管理系统WMS是基于RFID、条码的网络化供应链管理一体化仓储管理解决方案。包括了基本资料、采购管理、商品入库、销售出库、其它出库、盘点(条码管理商品盘点)，商品条码(物流码)跟踪，商品出入库报告、系统管理等几大模块。

条形码标签编辑及打印

利用条形码打印机以及条形码编辑软件对标签进行打印。条形码标签的打印可以根据要求进行编辑，编辑规则自己定义，只要位数确定、单一标识符确定即可，在编辑软件里面选取字段进行编辑进行打印，也可以根据实际情况进行编辑打印，只要具有唯一性即可，随意性很强。标签打印好以后，将标签粘贴在每次入库的商品上，具有唯一性，以便商品入库或出库。 采购入库

采购入库前，操作人员调出采购订单数据和安排商品单进行入库准备，商品进来以后，首先填写入库单，分别包括供应商信息和商品信息，包括产自、品名、PO号等等;填写好以后由主管部门审核，确认无误，则贴上条形码标签，手动在采集器上填写库位代号(例如1区、2区等)，确认入库操作;系统操作简单，在首页面会有入库操作，点击后会有下拉菜单，首先第一项就是请填写入库单。 产成品入库

用数据采集器扫描商品上的条形码，存储在数据采集器里面，手动书写库位代码、将扫描的条形码、库位及相关信息上传到系统里，(注：数据采集器将TXT文件数据导入到系统中产生进入库记录.)，具体字段定义格式有产地、型号、PO、数量等等相关字段，并留出备用字段使用。(注：如果客户提供信息资料符合系统字段格式要求直接进行核对，如果不符合，则修改成为符合系统格式要求的字段进行核对)。条形码具有唯一性。与库位码相对应。确认入库完成。 出库单

出库前，操作人员调出数据和安排商品出库单准备出库操作,得到出库前要填写出库单,出库单在系统里下载，填写出库单，出库单字段也是分为收货方信息和商品相关信息，单据在系统里自动验证，如果该商品已经出库,则显示红颜色标识该商品已出库.如果没有出库，则将出库单打印，到物流部审核，确认出库操作。同样在首页面会有出库操作，点击后会有下拉菜单，首先第一项就是请填写出库单。 商品出库

在系统里调用数据库，查找出库商品库位，系统能够将进出库记录导出成Excel列举，查找所在相应库位，用数据采集器扫描条形码，将商品取下，将数据采集器信息上传到电脑里，记录相应取货人，取货时间等信息，形成出库记录，方便将来查找，此时出库完成。 商品退货

商品出库以后，有时候会遇到商品折旧或者破损等情况，所以就要引进商品退库操作，商品退库操作主要分为几种情况的分类;商品破损、客户要求退库、错误出库、折旧等几种类型，分别以选项的形式列举，由操作人员选择;商品退还时候，选择退库原因，然后对商品进行扫描，并记录从新入库。

八、商品盘点

可以处理条码商品盘点和非条码商品盘点。

1、重要性

在仓库使用中，就应该有商品的盘点工作。原因是，无论起初的货位规划如何完美，不断改变的经营环境最终会导致目前规划不再适用。在仓库日常运作中，经营性的事项改变现有货品摆放格局的情况时有发生，还要兼顾损坏，日复一日，货位合理分配与调整被渐渐淡忘，这正是众多仓库并非进行每周或每月盘点的原因。无论是着手建设一座新仓库，还是想办法改善现有仓库的货位布置，合理进行商品的盘亏与盘赢都是节省投资，又能理想地提高仓库效率的有效手段。通过数据库或表格，我们可以在短时间内就可以完成一个仓库的货位盘点工作。

2、盘点具体操作说明

盘点前冻结库存，准备盘点，商品盘点操作分两种形式，如下：

第一种：首先从系统中将当前库存报表导出来，在将此报表导入数据采集器，用数据采集器到仓库里进行盘点，扫描每个库位上的条形码，从而在数据采集器上进行核对，在数据采集器上会显示应有数量与实有数量，将扫描的条形码与库存报表核对，从而体现盘亏与盘赢，此后将盘亏与盘赢的结果文件以TXT形式导入系统数据库进行保存以便将来查询。

第二种：首先用数据采集器对整个库存的每个库位上的条形码进行扫描，数据采集器将产生一个文件(TXT)，将此文件导入系统，系统会将此文件与当前库存报表进行核对，体现盘亏与盘赢，并将结果保存在数据库里以便将来查询。 商品物流码跟踪

只要输入商品条码获物流码，就可以对商品的所有出入库过程进行跟踪查询。可以详细地跟踪到商品的来源和去向。 报表查询

系统提供各种仓储管理所需的报表的自行制作功能，比如每日出入库统计表、每日异常预警情况总表、单客户、单库位库存统计表等报表。

第5篇：农业物联网设施农业智能大棚系统

佳多农林ATCSP物联网智能大棚利用先进的生物模拟技术，通过先进的网络设计，将复杂的系统模型转变成方便用户操作的电脑页面版本、手机页面版本，实现全天候实时操控;无线远程检测系统、环境检测系统、智能控制系统。结合当前棚内环境数据信息及历史大数据，系统分析对比运算，智能化对棚内滴灌、风机、遮阳网、卷帘等设施实施监控，模拟最适合棚内植物生长的环境，达到完全或部分摆脱对自然环境的依赖，实现农作物高效生产。

大棚作物的无线远程检测系统的应用。可全天候实时、定时采集棚内作物生长发育状态、病虫害活动的高清图片，棚内作物的大小也 清晰可见。其单路摄像，可进行焦距调节监控，达到近距离可以观测到植物叶面、茎干蚜虫等害虫。一般距离可以看到病虫害的发生状况、植物叶面等生长情况。远距离可观察作物整体长势状况。通过无线网络传输，千百里外也可以通过手机电脑实时监控，被称为测报人员的“听诊器”“千里眼”。

环境监测系统是智能大棚种植管理中的一项非常重要的功能。棚内空气温湿度、土壤温湿度、CO

2、光照度等因素，对棚内农作物生长起着关键性作用。通过环境监测系统，可以帮助用户通过电脑、手机客户端监测整个棚内农作物生长情况，全天候无线网络传输，自动上传作物生长信息，可以及时快速的获取棚内环境变化。从而方便用户及时进行调控，保证适宜植物生长的环境。

拥有智能控制系统的农业大棚则是农业现代化的重要标志。智能控制系统;通过棚内感知层对作物生长环境中的信息参数进行无线传输上传，智能比对参数设置值，系统分析对比运算，自动进入模型控制卷帘、风机、生物补光等环境控制设备，智能化控制设施农业各项设备启闭，调控大棚内环境达到适宜植物生长的范围。“如果温度低了，自控系统将开启空调，自动给其加温;如果温度高了，自控系统将开启风机，通过通风自动给其降温;不需要阳光时，自动打开遮阳网。病虫害做为影响农作物生长的重要因素，在设施内可以通过杀菌灯和频振诱控技术进行智能无害化防治。

二氧化碳含量作为直接影响作物光合作用的重要环境因子。系统可智能化调整，预设二氧化碳浓度、阈值范围参数。将二氧化碳浓度，实时采集值与当前浓度阈值进行对比，如果小于所设二氧化碳浓度阈值，系统则自动打开二氧化碳气罐进行精准补给;如果大于所设二氧化碳浓度阈值，则自动打开风机进行适量排放。

佳多智能大棚系统中墒情监测、智能滴灌对不同作物的种类，生长阶段、生长环境、气候土壤条件实施智能化精细灌溉施肥。将微生物肥料、有机肥料与灌溉水一起均匀准确地输送到作物根部土壤。大幅度地提高了肥料的利用率，可减少50%的肥料用量，水量也只有传统浇灌的30%-40%。

佳多智能大棚系统;实现了对大棚作物生长环境的智能化干预、无害化防治、帮助用户实现更高层次的精耕细作。

第6篇：农业大棚智能检测环境系统

龙源期刊网 http://.cn

农业大棚智能检测环境系统

作者：王峰萍 王佳

来源：《现代电子技术》2012年第14期

摘 要：介绍了以 STC89C52单片机为核心的光照和温度控制系统的工作原理和设计方法。系统由TSL2561光传感器和 DS18B20温度传感器采集数据传输给控制器，通过外围设备 LCM12864显示现场光照度和温度值，并设计上位机程序，通过串口通信实时获取光照度和温度，所采集的数据放入到Access数据库当中，然后从数据库读出光照度和温度的值，通过曲线显示到PC机上，进行实时曲线监控。同时，系统具有温度和光强报警功能。

关键词：STC89C52; VC++; Access; 照度和温度控制系统; DS18B20; TSL2561

第7篇： 智能农业温室大棚管理系统项目计划书

一、项目背景

近年来，农业温室基础设施发展迅速，但是在自动监控方面仍存在着诸多问题。温室监控区域较大，需要大量的传感器节点构成大型监控网络，通过各种传感器采集诸如温度、空气湿度、光照度、土壤湿度、EC值、pH值等信息，实现自动化监控。传统温室监测与控制系统多采用有线连接，布线复杂，往往造成温室内线缆纵横交错、使用不便、安装维护困难、可靠性差等问题。

无线传感器技术被认为是满足温室应用需求且代替有线连接的最好方式。惠企物联科技结合最新的ZIGBEE无线技术，将传感器整合到无线传送网络中：通过在农业大棚内布置温度、湿度、光照、等传感器，对棚内环境进行检测，从而对棚内的温湿度，光照等进行自动化控制。通过更加精细和动态监控的方式，来对农作物进行管理，更好的感知到农作物的环境，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平。

二、现存问题

 首先是成本较高。一般来讲，一套智能化的控制系统成本主要包括硬件成本、运行成本和维护成本。硬件成本包括各仪器仪表、通信线缆等。整个系统也不能自由组合或者裁剪应用于不同的对象，使得难以得到推广和普及。同时，由于系统复杂、布线繁多、故障率高而且使得故障后的维修成本极大。另外，系统庞大造成的运行成本也不是一笔小费用。  其次是布线复杂。温室中有大量分散的传感器和执行机构，这些设备可能随着作物的改变而进行调整，同时错综复杂的线缆也需要重新铺设，工作量较大。为了科学、合理地实现大面积温室环境参数的自动检测与控制，电子检测装置和执行机构的设置不仅数量大而且分布广，连接着各个装置与机构的线缆，也因此纵横交错。当温室内生产的果蔬作物更替时，相应的电子检测装置和执行机构的位置常常需要调整，连接着各个装置与机构的线缆有时也需要重新布置。这不仅增大了温室的额外投资成本和安装与维护的难度，有时也影响了作物的良好生长。

 第三，故障解决难。当数据无法正常接收时，检查人员不知道是线路问题还是节点故障。另外，目前的控制系统多采用基于现场总线的分布式模式，当总线出现故障时，虽然各控制节点尚能正常工作，但是上位机却无法正常管理整个网络，专家控制策略无法实施。

三、项目意义

(1)实现广范围的测量，需求传感器节点多

当前温室生产的首要特点就是监控区域很大，普通单个连栋温室都有几千平方米，而一个园区温室群的面积可能会在几百亩以上，因此需要大量的传感器节点构建传感器网络，在每个温室中采集诸如空气温度、空气湿度、光照强度、土壤湿度、营养液EC值、pH值以及室外天气参数等信息，除此以外，目前对作物生理参数的检测也逐渐受到人们的重视，因此将会有更多的传感器节点被用于温室生产。另外，用于驱动温室中执行机构的控制节点的数量也不能忽略。由此可见，温室对其监测与控制系统的首要需求就是网络容量大。 (2)检测点位置灵活变动 温室中大量分散的传感器，但随着作物的生长而需要不断调整位置;或者当温室内生产的作物更替时，相应的电子检测装置和执行机构的位置也常常需要调整;另外，温室的利用结构也会经常根据用户需要而不断改变，这就要求系统中各个节点能根据需要随意变换位置而不影响系统工作。 (3)节点数目可随意增减

作物生长阶段不同，环境因子对作物的影响可能也不同，生长初期可能对温度比较敏感，而后期可能对光照比较敏感，这就要求系统可以随意改变节点的类型和数量。除此以外，随着作物的生长，用户可能还需要对植物的生理参数进行监测而需要不断增加传感器节点。在某些科研温室中，也经常需要改变传感器节点的类型和数量，以达到精确监测与控制。上述这些情况都需要所用的监控系统的节点能随意增减。 (4)系统可靠性

系统故障而造成的经济损失不可估量。如果系统出现问题而未能被及时发觉和修复，那么可能对作物造成致命的伤害，尤其在一些恶劣的天气例如高温和寒冷气候条件下，这将直接影响产量和收益。另外，温室内湿度高、光照强、具有一定的酸性，都会导致线缆的腐蚀、老化，从而降低系统的可靠性和抗干扰性，这对于检查系统故障造成困难。例如，当数据无法正常接收时，检查人员不知道是线路问题还是节点故障，这对及时发现和解决故障带来不便。因此，温室测控系统必须要可靠。

四、项目介绍

4.1 ZIGBEE技术介绍

ZIGBEE技术是IEEE(美国电子和电气工程师协会)研发的新一代无线通讯技术。可应用在固定、便携或移动设备上的，低成本、低功耗的低速率无线连接技术;2001年8月，美国HONEYWELL等公司发起成立了ZigBee联盟，他们提出的ZigBee技术被确认为IEEE 802.15.4标准;现联盟内有众多的成员企业。

ZIGBEE技术现已被非常的应用，诸多的芯片厂家，如TI,三星，飞利浦等等，都生产出了与该协议技术兼容的芯片，并被大量的应用。

ZIGBEE属于微波段2.4GHZ频率，可实现远距离(0~1000米)传送给路由器;一般有3部分组成：ZIGBEE传感器标签、 ZIGBEE路由器、 ZIGBEE协调器组成，需外接2.4~3.7V的电源，当标签检测到现场的数据后，通过电磁波的传导，远距离的无线传输给路由器，路由器在已同样的原理传输给协调器，协调器一方面可以将数据通过串口传送给电脑，以供系统分析控制，一方面可以通过内置的单片系统处理、分析、控制所接受的数据。整个传输过程均通过无线传输，传送速率在250K/s,且在传送过程中对数据的加密保护，实现了快速、安全的现场数据采集。

ZIGBEE在无线传输的过程中，可以自动的实现自组网、多跳、就进识别的功能，当现场的单个路由出现问题时，其他路由会自动的寻找其他的线路，不会耽误系统的运行; 4.2系统简介

温室大棚对环境的要求非常高，温度、湿度、光照、CO

2、等一系列的参数均对其影响重大。优秀的温室大棚管理，即对于以上环境变量的严格管理。

在本系统中，我们采用不同的传感器来实现对环境的监控，像无线温度传感器、无线湿度传感器、无线光照度传感器、无线CO2传感器等。以无线温度传感器为例，该传感器采用3大模块组成：

1、温度传感器模块;

2、单片机系统模块;

3、无线发送模块。温度传感器模块检测到现场的温度数据后，将数据交由单片机处理，单片机通过模拟转数字-数字转模拟的处理，最终驱动无线发送模块将数据无线发出。此无线温度传感器的传输距离可达120米。

无线温度传感器将数据向外发送，安装在室内的或室外的路由器接受该数据，并将数据整理后，发送给ZIGBEE协调器，协调器会将数据整理并通过串口上传电脑，电脑即根据现场的数据，与温度标准值进行比较，如若超出标准值，电脑则控制温室内外的：天窗、侧窗、内遮阳保温幕、外遮阳幕、风机、等开启。同时，温室内的传感器时时检测现场数据，当现场温度达到标准值后，电脑即关闭控制。

4.3系统硬件组成

系统硬件按照控制的流程分3大部分：数据采集部分、数据传输部分、控制部分。

4.3.1数据采集部分

 温度传感器：该传感器采用3大模块组成：

1、温度传感器模块，采用美国进口的DS18B20模拟头，精度等级在± 0.5℃;

2、单片机系统模块;

3、无线发送模块。

4、长待机电池。温度传感器模块检测到现场的温度数据后，将数据交由单片机处理，单片机通过模拟转数字-数字转模拟的处理，最终驱动无线发送模块将数据无线发出。每只传感器都带有一个ID号，而此ID号是有24位的字母、数字组成，可以实现无限的序号组合，即可实现全球唯一ID号;每只标签的ID号与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。 此无线温度传感器的传输距离可达120米。

 湿度传感器：该传感器采用3大模块组成：

1、湿度传感器模块，采用美国进口的SHT11模拟头，精度等级在± 3%RH;

2、单片机系统模块;

3、无线发送模块。

4、长待机电池。湿度传感器模块检测到现场的湿度数据后，将数据交由单片机处理，单片机通过模拟转数字-数字转模拟的处理，最终驱动无线发送模块将数据无线发出。每只传感器都带有一个ID号，而此ID号是有24位的字母、数字组成，可以实现无限的序号组合，即可实现全球唯一ID号;每只标签的ID号与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。 此无线湿度传感器的传输距离可达120米。

 光照度传感器：该传感器采用3大模块组成：

1、温度传感器，采用美国德州仪器的传感器，可测量0~20万lus;

2、单片机系统模块;

3、无线发送模块。

4、长待机电池。光照度传感器模块检测到现场的温度数据后，将数据交由单片机处理，单片机直接将接受到的传感器数字信号处理，并驱动无线发送模块将数据无线发出。每只传感器都带有一个ID号，而此ID号是有24位的字母、数字组成，可以实现无限的序号组合，即可实现全球唯一ID号;每只标签的ID号与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。 此无线光照度传感器的传输距离可达120米。

 CO2传感器：该传感器采用美国(Telaire)公司产品，该传感器采用红外光谱形式，0-2000PPM 的量程能满足植物研究的所有需求。传感器对科研型温室高温、高湿不敏感。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。

 雨量传感器：本仪器反斗部件翻转灵敏，性能稳定，工作可靠。承雨口采用不锈钢皮整体冲拉而成，光洁度高，滞水产生的误差小。仪器外壳用不锈钢制成，防锈能力强，外观质量佳。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。

 降雨感知传感器：探头为美国德州仪器 TI 公司产品，主要用于探测是否有降雨，该产品具有判断降雨和结露的不同情况，具有工作可靠，价格便宜等特点。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。 

风速风向传感器：风速风向传感器”选用美国Davis(戴维斯)公司产品(Davis6410)。“风速风向传感器”内部装有精密旋转运动部件，这些机械部件的稳定性非常好，能在恶劣环境下保持传感器的测量精度。，外壳高强度特殊工程塑料具有极好的抗紫外老化作用。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。

 土壤湿度传感器：采用水利部认证传感器，该传感器采用先进的“时域反射原理”，杆式设计，感应部分 48cm，适用于测量任何类型土壤的体积含水量，测量精确，性能稳定可靠，此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。

 水暖水温传感器与土壤温度传感器：采用美国DALAIS 公司温度传感器，外套“密封不锈钢铠甲”。特性：一致性好，精度高，密封性好，此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。

 液面湿度传感器: 主要测量植物表面的叶面蒸发程度及植物表面的湿度情况，适用于高档花卉。例：一品红，该系列传感器适用于农业、园林、气象、环保等领域对温度和湿度的测量，经过绝缘封装等加工工艺，可在高温高湿等恶劣环境中长期稳定地工作。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。

以上的诸多品种传感器，可直接安放在温室内，或温室外。其中最为常用的传感器为温度传感器、湿度传感器、光照传感器，在本系统中针对此3种传感器，我们采用无线的传输方式，用无线模块将数据送至无线路由器。其他种类传感器因考虑用量较少，用无线传输方式成本较高，暂时用有线传输数据。

4.3.2数据传输部分

 无线路由器：识读标签;微波2.4~2.5GHz微波频段;吊挂式或固定支架安装，防尘防水，与标签的读写距离0~300米。

无线路由器的信号覆盖到无线传感器的接收范围内时，路由器即能采集到标签过来的数据信息;

因现场需要检测不同位置的环境，会安装较多的传感器，路由器接收的数据具备冗长性，通过数据融合，将多个无线传感器数据整理成更精准的数据，无线发送给协调器;

路由器除接收并发送无线传感器的数据外，还可以作为其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由进行与协调器的通讯。

 无线协调器：识读中继器，接收中继传送过来的信息，并将数据用串口上传工控机;识别距离0~300米可调;微波2.4~2.5GHz频段;吊挂式或固定支架安装，工业RS485串口，防尘防水。

协调器是最终连接电脑的设备，它前端采集路由数据，后端向电脑传送数据。当现场数据较大，较多时，亦不会产生数据的拥堵。

4.3.3控制部分

 工控机：采用工业PC机，较强的功能与性能，具备工业级别的串口通讯、I/O口输入输出。

内置强大的软件控制功能：稳定的数据采集、基于实际应用的数据分析、专家数据库、精准的控制逻辑。

 PLC控制：采用西门子公司的S7系列PLC;多路稳定的I/O控制、工业级别的串口通讯、精准的控制时序、

 驱动控制：电机、气缸、电磁阀

 现场执行单元：内遮阳，外遮阳，顶开窗，侧开窗，湿帘外开窗，湿帘水泵，湿帘风机，2组风机，内循环风机，补光灯，喷雾，微喷等设备。(甲方单独配置)

4.4系统软件

本系统软件着重分析了温室中的：空气温度、空气湿度、土壤温度、光照度，4大参数，这是温室环境控制中最重要的4个参数。

4.4.1空气温度控制

4.4.1.1现场数据采集

在温室内安放多个无线传感器，因传感器无线发送数据，所以不用担心布线的繁杂，可以将传感器安放在温室内的任何一个地方，并且可以随意的调整位置。传感器还内存有ID号，每个传感器的ID是全球唯一，是代表该传感器的身份。传感器安放好后，传感器的ID号、采集的数据、所在位置等信息会一并的传给路由。

温度管理一般把一天分为午前、午后、前半夜和后半夜4个时段来进行温度调节。午前以促进光合作用、增加同化量为主;午后光合作用呈下降趋势;日落后以促进体内同化物的运转;夜温以抑制呼吸、减少消耗、增加积累; 传感器内置单片控制系统，因此可以设置传感器检测和外发数据的周期，就可以设置传感器外发数据的周期为1次/小时、1次/分钟、或1次/30秒等，一来可以根据现场的实际需求而定，二来可以为传感器节省电能，使用的时间更长久。

4.4.1.2数据传输

传感器将采集到的数据无线发送给室内的路由器，路由器接收并转化传感器的数据，标签是利用电磁波形式传递数据，路由接收后，解调该数据。 在同一时间会有多个标签向路由发送数据，路由会将接收到的数据进行融合，整理成较精准的数据发出。如：

路由器除接收并发送无线传感器的数据外，还可以作为其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由进行与协调器的通讯。如图：

协调器是最终连接电脑的设备，它前端采集路由数据，后端向电脑传送数据。工业RS485串口连接电脑，防尘防水。 4.4.1.3控制时序

A、温度高于标准值：每种植物都有不同的温度生长曲线，植物在不同的时间段都会有不同的适宜生长温度，如在每一天中，植物对于温度的需求就有4种，这是因为其处于不同的时段，会有不同的转化机能。当温室内的空气温度高于标准值时，系统会自动比较在某时段标准值与实际值的差异，进而来控制不同设备进行降温。

 如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的温度数据为35.4℃时， 数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。

 系统为保证该温度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。

 系统会调出在该段时间的标准值27℃，并与现场数据比对，判断比现场的温度高8.4℃，即会控制降温设备开启。

 控制降温设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前温度值不能降低到目标值时，会顺序开启降温设备;当现场温度与目标温度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。

天窗：分段开启顶开窗系统;通过室外自然温室调整温室内的温度，依此原理，直至顶开窗系统为 100%。

侧窗：再分段开启侧窗通风系统;依此原理，直至侧开窗系统为 100%。

强制降温过程：自然通风不能降低温室内的温度时，系统自动关闭自然通风相关设备，采用强制通风的方式来控制室内温度。延时后，关闭天窗，其次关闭侧窗。 湿帘外翻窗：开启湿帘外翻窗。 一组风机：开启第一组风机。 湿帘水泵：开启湿帘水泵。 二组风机：开启第二组风机。

循环风机：在一定的时间内判断当温室内的温室不均匀时，开启循环风机。 喷林或喷雾：开启屋顶喷淋系统。

报警：判断温度降不到目标值,则计算机会开启温度过高报警，提示用户需增加降温设备。 系统会时时检测现场温度，当现场温度趋于目标温度时，系统即关闭降温设备。

B、温度低于标准值：

 如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的温度数据为20℃时， 数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。

 系统为保证该温度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。

 系统会调出在该段时间的标准值27℃，并与现场数据比对，判断比现场的温度低7℃，即会控制升温设备开启。

 控制升温设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前温度值不能升温到目标值时，会顺序开启升温设备;当现场温度与目标温度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。

内遮阳保温幕：拉下内遮阳保温幕，不使室内温度外泄。 外遮阳幕：若外界光照较强，可打开外遮阳幕，通过光照升温。 热风炉、水暖空调、暖气：打开加热装置，是室内温度升温。

报警：判断温度降不到目标值,则计算机会开启温度过高报警，提示用户需增加降温设备。

系统会时时检测现场温度，当现场温度趋于目标温度时，系统即关闭升温设备。

4.4.2空气湿度控制

4.4.2.1现场数据采集

在温室内安放多个无线传感器，因传感器无线发送数据，所以不用担心布线的繁杂，可以将传感器安放在温室内的任何一个地方，并且可以随意的调整位置。传感器还内存有ID号，每个传感器的ID是全球唯一，是代表该传感器的身份。传感器安放好后，传感器的ID号、采集的数据、所在位置等信息会一并的传给路由。

湿度传感器内置单片控制系统，因此可以设置传感器检测和外发数据的周期，就可以设置传感器外发数据的周期为1次/小时、1次/分钟、或1次/30秒等，一来可以根据现场的实际需求而定，二来可以为传感器节省电能，使用的时间更长久。

4.4.2.2数据传输

传感器将采集到的数据无线发送给室内的路由器，路由器接收并转化传感器的数据，标签是利用电磁波形式传递数据，路由接收后，解调该数据。

在同一时间会有多个标签向路由发送数据，路由会将接收到的数据进行融合，整理成较精准的数据发出。如：

路由器除接收并发送无线传感器的数据外，还可以作为其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由进行与协调器的通讯。如图：

协调器是最终连接电脑的设备，它前端采集路由数据，后端向电脑传送数据。工业RS485串口连接电脑，防尘防水。

4.4.2.3控制时序

A、湿度高于标准值：

 如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的湿度数据为80%RH时，数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。

 系统为保证该湿度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。

 系统会调出在该段时间的标准值65%RH，并与现场数据比对，判断比现场的温度高15%RH，即会控制除湿设备开启。

 控制除湿设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前湿度值不能降低到目标值时，会顺序开启除湿设备;当现场湿度与目标湿度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。

侧窗：分段开启侧窗通风系统，进行除湿，依此原理，直至侧开窗系统为 100%。 除湿机控制：开启除湿机进行除湿。

报警：判断温度降不到目标值,则计算机会开启湿度过高报警，提示用户需增加除湿设备。

系统会时时检测现场湿度，当现场湿度趋于目标温度时，系统即关闭除湿设备。 B、湿度低于标准值：

 如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的湿度数据为40%RH时，数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。

 系统为保证该湿度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。

 系统会调出在该段时间的标准值65%RH，并与现场数据比对，判断比现场的温度低15%RH，即会控制加湿设备开启。

 控制加湿设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前湿度值不能升到到目标值时，会顺序开启加湿设备;当现场湿度与目标湿度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。

加湿机控制：开启加湿机进行加湿。需设置相应的目标值，系统就会自动运行。判断时间保证了不是判断瞬间湿度值的超标，而是判断湿度度整体趋势的变化;在一定的时间内湿度值都超标，才启动控制条件。稳定判断时间保证温室设备启动后，不判断瞬间达到目标值，而是稳定一段时间后才判断。避免了控制条件很快反复上升;也避免设备电机频繁启动，从而更好的保护电机. 报警：判断温度降不到目标值,则计算机会开启湿度过高报警，提示用户需增加除湿设备。

系统会时时检测现场湿度，当现场湿度趋于目标温度时，系统即关闭加湿设备。

4.4.3土壤温度控制

4.4.3.1现场数据采集 在温室内安放多个有线传感器，传感器时时的通过线缆向电脑发送数据。

4.4.3.2控制时序

土壤温度低于标准值：

 该传感器是数字传感器，内存有0~99的ID号，现场变送出数字信号传送给电脑。现场的温度数据为15℃时，系统为保证该湿度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。

 系统会调出在该段时间的标准值25℃，并与现场数据比对，判断比现场的温度低10℃，即会控制升温设备开启。

 控制升温设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前湿度值不能提高到目标值时，会顺序开启升温设备;当现场温度与目标温度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。

内遮阳保温幕：拉下内遮阳保温幕，不使室内温度外泄。 外遮阳幕：若外界光照较强，可打开外遮阳幕，通过光照升温。 热风炉、水暖空调、暖气：打开加热装置，是室内温度升温。

报警：判断温度升不到目标值,则计算机会开启温度过低报警，提示用户需增加升温设备。

系统会时时检测现场温度，当现场温度趋于目标温度时，系统即关闭升温设备。

4.4.4光照度控制

4.4.4.1现场数据采集

在温室内安放多个无线光照传感器，因传感器无线发送数据，所以不用担心布线的繁杂，可以将传感器安放在温室内的任何一个地方，并且可以随意的调整位置。传感器还内存有ID号，每个传感器的ID是全球唯一，是代表该传感器的身份。传感器安放好后，传感器的ID号、采集的数据、所在位置等信息会一并的传给路由。

传感器内置单片控制系统，因此可以设置传感器检测和外发数据的周期，就可以设置传感器外发数据的周期为1次/小时、1次/分钟、或1次/30秒等，一来可以根据现场的实际需求而定，二来可以为传感器节省电能，使用的时间更长久。

4.4.4.2数据传输

传感器将采集到的数据无线发送给室内的路由器，路由器接收并转化传感器的数据，传感器是利用电磁波形式传递数据，路由接收后，解调该数据。

在同一时间会有多个标签向路由发送数据，路由会将接收到的数据进行融合，整理成较精准的数据发出。如：

路由器除接收并发送无线传感器的数据外，还可以作为其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由进行与协调器的通讯。如图：

协调器是最终连接电脑的设备，它前端采集路由数据，后端向电脑传送数据。工业RS485串口连接电脑，防尘防水。 4.4.4.3控制时序

光照度低于标准值：每种植物都有不同的温度生长曲线，植物在不同的时间段都会有不同的适宜生长光照度，如在每一天中，植物对于光照度的需求就有多种，这是因为其处于不同的时段，会有不同的转化机能。当温室内的光照度高于标准值时，系统会自动比较在某时段标准值与实际值的差异，进而来控制不同设备进行调整。

 如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的光照度数据为50lux时，数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。

 系统为保证该光照度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。

 系统会调出在该段时间的标准值300lux，并与现场数据比对，判断比现场的温度低250lux，即会控制设备开启调控。

 控制光照设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前光照值不能升到目标值时，会顺序开启补光设备;当现场光照度与目标光照度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。

外遮阳幕打开：徐缓的打开外遮阳棚，使室外的阳光能照射进来 内遮阳幕打开：打开外遮阳棚，使室外的阳光能照射进来 补光灯：打开补光灯，进行补光。

报警：判断光照度降不到目标值,则计算机会开启光照度过高报警，提示用户需增加光照度设备。

系统会时时检测现场光照度，当现场光照度趋于目标温度时，系统即关闭光照设备。

4.4.5风速对外拉幕的保护

当室外风速超过保护值时，则系统自动启动外拉幕的风速保护功能。条件级别保证外拉幕在非正常情况下(例：大风)，优先自动收拢外拉幕，避免外拉幕遭到毁灭性破坏。判断时间保证了不是判断瞬间风的超标，而是判断风整体趋势的变化;在一定的时间内风都超标，才启动控制条件。稳定判断时间保证温室设备启动后，不判断瞬间达到目标值，而是稳定一段时间后，才判断。避免了控制条件很快反复上升;也避免设备电机频繁启动，从而更好的保护电机。

4.4.6风向及风速对天窗的保护

大风、雨雪保护：系统不是判断瞬间风速的超标，而是判断风整体趋势的变化，以进行大风时的关闭通风窗的保护。风向传感器能判断出是迎风还是背风，以进行不同级别的保护。 4.4.7 CO2施肥

通过定时控制设置，可设多组 co2 施肥时间规律的选择 4.4.8 专家数据库 系统内置最新的农业专家数据库，根据不同作物的生产特性和要求可以自动调用相对应的最佳控制方案和参数。

4.4.9 数据报表、绘制曲线：

记录的数据可以导出“EXECL”报表。同时可以生成全日、全周、全月的变化趋势曲线图。

五、项目扩展

5.1 GSM无线短信报警功能：(选配项)

系统可实现“GSM 无线短信报警”，可以将“温室的报警信息”以短信的方式迅速发到相关人员的“手机或PDA”上，请求人工干预。

不同的温室、不同的管理员手机号，均可以通过灵活的设定将他们组合关联起来。因此，任何一个温室出现报警都能迅速发到和该温室相关的一人或多人的手机号。 5.2远程监控功能(选配项)

通过连接宽带互联网，可以实现互联网远程登陆访问功能，方便异地监控。

六、项目总结

本方案立足物联网的ZIGBEE应用技术，结合温室环境的实际应用，将先进的信息技术应用到传统的农业，解决了农业低成本、布线的繁杂、高故障率等问题。实现了温室内：传感器节点的简易扩展、快速的数据传送、稳定的系统控制。

第8篇：农业物联网助力日光温室大棚建设开启智能农业发展新格局

随着社会的快速发展和国家政策对农业的大力支持，加之物联网技术的日渐成熟，物联网在传统农业领域的应用越来越广泛。农业是物联网技术的重点应用领域之一。

目前，我国农业正处在从传统农业向现代农业迅速推进的过程中，现代农业的生产、经营、管理到服务的各个环节都迫切呼唤农业信息化技术的支撑。农业智能化、农业大数据已成为我国现代农业发展的新方向，发展智慧农业已成为发展的必然路径。近年来我国逐步的开始重视现代化的信息技术在农业生产中的应用和推广，不断提高农业设备的自动化程度并逐步向智能化方向发展，特别是在农业温室智能控制系统方面有比较突出的发展。二十世纪三十年代，我国出现了近代农业温室大棚生产，但是一直处于较为低水平的粗放式的种植。改革开放以来，农业温室大棚的生产正向大规模化的趋势发展，尤其是近年来互联网+智能化、信息化科技水平的提高大大加快了我国现代化农业温室大棚向智能型温室大棚的转变。

在生态农业植保领域佳多已经走过了30年，在成熟的技术产品和稳定的市场作为支撑，逐年进行产品升级换代和新产品的开发上市，佳多农业物联网智能大棚就是成熟稳健的高科技产品。佳多农业物联网智能大棚利用先进的生物模拟技术，通过先进的网络设计，将复杂的系统模型转变成方便用户操作的电脑页面版本、手机页面版本，实现全天候实时操控;无线远程检测系统、环境检测系统、智能控制系统。结合当前棚内环境数据信息及历史大数据，系统分析对比运算，智能化对棚内滴灌、风机、遮阳网、卷帘等设施实施监控，模拟最适合棚内植物生长的环境，达到完全或部分摆脱对自然环境的依赖，实现了对大棚作物生长环境的智能化干预、无害化防治、帮助用户实现更高层次的精耕细作。

佳多农业物联网智能大棚的成功问世系统各功能通过ATCSP无线网络技术就可以对棚内各种情况进行远程监控，完成了只需通过手机、电脑就可以对远端棚内设备进行灵活自如的精确控制。

第9篇：农业大棚环境监控系统的监测内容及应用解决方案

1. 前言

1.1国内外农业温室大棚系统的现状

我国是一个农业大国，目前在广大农村，农业温室比比皆是。近年来，随着我国农业和农村经济的发展，农业生产方式逐步由传统的粗放经营式向现代集约型经营方式转变，农业科技示范园，作为现代集约型农业和高新科技应用的示范窗口，应运而生。随着科学技术的进步，温室的结构档次在逐步的提高，建设一种可提高温室内作物产量和质量，降低生产成本，减轻工作人员劳动强度的农业温室大棚智能监控系统，是广大温室作物生产人员的迫切需求。

目前，虽然也有不少单位或个人引进了一些国外的计算机智能监控系统，如温室环境监控系统，施肥灌溉监控系统，工厂化育苗智能监控系统等，这些系统真正实现了温室控制的智能化和自动化，但往往存在投资过大.系统维护不方便等各种发展制约瓶颈，再者就是要求温室的管理操作人员本身有较高的文化素质和较丰富的工程技术经验，目前我国广大农民还不具备，这也限制了国外同类产品在国内的推广应用。开发低价位、实用型的农业温室大棚智能监控系统对于推进我国农业自动化、智能化进程具有重要的意义，同时也具有很大的市场潜力。据调查，目前市场上迫切需要的是一种低成本、操作使用简便的实用农业温室大棚智能监控系统。针对这一要求及我国日光温室量大、面广的特点，研究一种既符合我国农业水平实际又适合农民经济承受能力、技术上不低于国外同类产品的农业温室智能集成监控系统是非常必要的。智能化农业温室大棚是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进的农业生产设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。它能营造相对独立的作物生长环境，彻底摆脱传统农业对自然环境的依赖性。目前，计算机监控在农业温室大棚种植中得到了越来越广泛的应用，并正在成为农业温室大棚监控的核心。智能化农业温室大棚研究是当今兴起的一门横跨生物学、计算机科学、电子科学、机械设计和环境控制等几大学科的综合了多种高新技术的边缘学科。从目前我国农业发展政策看，未来10一15年我国农业科技进步的重要内容就是推动规模经营和农业产业化的发展，所以研究开发适合我国的国情的农业温室大棚智能监控系统是非常必要的。

1.2本监控系统简介

农业温室大棚智能监控系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体，通过用户自定仪作物生长所需的适宜环境参数，搭建农业温室大棚智能化软硬件平台，实现对农业温室大棚中温度、湿度、二氧化碳等因子的自动监测。

本系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、二氧化碳浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由数据采集设备单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的温度、湿度、二氧化碳参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构(遮阳幕、通风系统等)，程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。

该系统的使用，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善农业温室大棚气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。

1.3本控制系统具有的特点 1.3.1预测性

通过对气候参数的分析，可以预测控制设备的运行情况，提高设备的利用率，降低能耗。

1.3.2强大的扩展功能

通过选用不同的外围设备，可以控制温室环境及风机、卷帘、灌溉等。 1.3.3完善的资料处理功能

通过中央控制软件，可以不问断地记录温度、湿度、二氧化碳等传感器的信息以及各种控制设备的动作记录等。

1.4远程监控功能

即使工作人员不在现场，也可以通过远程监控系统对温室内的环境参数及设备进行监测和控制。

2. 农业温室大棚智能监控系统的设计

2.1系统设计要求

农业温室大棚智能监控系统是一个涉及到温度、湿度、二氧化碳浓度及种植品种等多种因素的监控系统。因此，该系统的没计应具备以下功能：

l、较宽的工作电压范围：110v-380v交流：

2、能长时间连续、稳定、可靠的工作;

3、能对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度等参数进行准确的测量：

4、能根据种植品种的不同，可以设定温度、湿度、二氧化碳浓度的预警。 2.2系统设计原则

1、系统性能稳定，运行可靠。

2、操作简单，维护方便。

3、整个系统易于扩展。

4、运行经济节能，维护费用低。

5、性能价格比高。

2.3系统整体架构

系统采用上、下位机监控方案，下位机为系统前端采集设备，实施对温室大棚环境参数的检测与环境调整机构的控制;上位机为系统远程监控计算机，采用可视化编程语言设计界面友好的环境监测与管理系统，实现对温室的远程监控与管理操作。其基本的框架图如下：

3. 农业温室大棚智能监控系统的建设 3.1 系统介绍

该系统利用温度、湿度、二氧化碳等传感器采集现场的相关数据，采集到的数据在现场就通过无线方式发送到数据服务器中，通过应用服务器和web服务器对采集到的数据进行应用和显示。

系统网络结构分为三层，第一层为数据管理层：由电脑和以太网组成;第二层为数据传输层：采用GPRS无线数据传输;第三层为数据采集层：由GPRS远程测控终端和传感器组成，该层和第一层之间无需电缆连接;所有的传感器和GPRS远程测控终端只需要用一根电缆连接。 3.2 数据管理层

中心采用通过GPRS/GSM 网路把室外各站点传感器数据发送到中心计算机，在这里进行各个站点参数设置，及对各站点运行情况进行统计，并可通过专用软件在计算机上存储，实时显示所有大棚站的温湿度、二氧化碳数据和图表。同时可以人工进行特殊操作。 建立GPRS中心连接的两种方式：

A.监控中心服务器采用固定IP地址，当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求(适用监控点数较多几百上千个)。

B.监控中心服务器采用动态IP地址(可以申请花生壳软件采用域名的方式)，当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求(适合监控点数在300个左右的)。 3.3 数据传输层

本系统数据采集层与数据管理层(中央处理系统)之间的通信、采用目前应用已经比较成熟的GPRS网络实现远程通信。

采用GPRS无线数据传输具备如下特点：

1、可靠性高：

与SMS短信息方式相比，GPRS采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输，互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。

2、实时性强：

GPRS具有实时在线的特性，数据传输时延小，并支持多点同时传输，因此GPRS监测数据中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。目前GPRS实际数据传输速率在30Kbps左右，完全能满足系统数据传输速率(≥10Kbps)的需求。

3、监控范围广：

GPRS网络已经实现全国范围内覆盖，并且扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。比较很多无线数据网络(集群，双向传呼，CDPD，CDMA)而言，其网络覆盖是最好的。

4、系统建设成本低：

由于采用GPRS公网平台，无需建设网络，只需安装设备就即可，建设成本低;也免去了网络维护费用。

5、系统运营成本低：

采用GPRS公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月流量收费，从而实现了系统的低成本通信。

6、可对各监测点仪器设备进行远程控制：

通过GPRS双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制，如：时间校正、状态报告、开关等控制功能，并可进行系统远程在线升级。

7、系统的传输容量，扩容性能好：

能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要;由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个监测中心可轻松支持几千个现场采集点的通信接入。

总之，它真正体现了少用少付费的原则。通过GPRS无线网络将用户设备数据传输到Internet中的一台主机上，实现数据远程传输，可广泛应用于“物联网”涉及的各个行业。

传感器用来对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度进行实时数据采集。根据温室作物生长特点和环境要求，选择精度较高、运行稳定，性价比较高的传感器是十分有必要的。在该项目所采用的传感器类别及性能参数如下： 防护型红外二氧化碳变送器是在进口红外二氧化碳传感器基础上设计的一款专门用于在农业等多种高湿场合使用的产品系列，该产品系统有电压、4-20mA电流接口可选配。该产品采用多重防护，确保内部的传感器不受外界高湿等环境影响，确保传感器可靠稳定工作。产品具有更低的供耗，信号输出更加稳定，并且嵌入了自动校准模式，确保长期工作稳定性和精确度。

4. 监控系统软件平台(软件功能可定制)

农业温室大棚智能监控系统的软件管理功能主要包括用户管理模块、数据实时显示模块、历史数据管理模块、报警数据管理模块、曲线分析模块、网络信息发布及资源共享模块等功能。

4.1实时数据显示模块

数据实时显示模块主要是将各种传感器实时采集到的环境参数、设备运行状态进行显示，以满足人们对温室环境监测的需求。

4.2历史数据管理模块

用户可通过访问系统服务器，远程检索回放站端的任意历史数据。系统提供了智能化快速检索回放历史数据的功能，可按时问、异常情况等进行检索，大大降低了检索时间和复杂程度，使用户可以迅速地查找到需要的历史资料。

4.3报警数据管理模块

通过该模块，用户可以实现全方位的报警信息通报。在线报警栏中的报警信息，在每一个监控页面都是相同的，无论在中心还是办公网络内的客户端，可以让操作人员最短时间内发现报警信息，解决故障。

4.5曲线数据分析模块

一个好的农业大棚温室智能监控系统，不仅在于它能实时、远程监控系统，关键还要能够提供曲线数据.通过对曲线数据的分析，从中找出对温室中农作物生长最为有利各种参数，并通过与农业专家系统的接口.提供一个农作物生长最为有效的模型。

4.6网络信息发布及资源共享模块

位于监控中心的监控服务器与厂区内的局域网络连接，在局域网内进行信息发布，这样厂区管理层的人员都可以在它自己办公室里的计算里随时通过IE的方式访问主机服务器内的全部数据和画面。

每位浏览者都将拥有唯一的用户名和密码的身份验证，它的用户名决定它的监控范围。虽然是采用IE的方式访问现场数据，但所看到的全部数据及画面与信息中心服务器的内容完全相同、效果也完全一样。速度方面也不会任何的延时。 通常厂区办公管理网络允许被连接到互联网，这样即使出差在外地的领导也同样可以连回厂内访问现场的数据。

5. 系统优势

本系统采用分布式控制结构，依据分散采集数据。集中操作管理，相对独立的设计思想，综合运用计算机网络通信和模糊控制技术，实现了单个温室的智能控制以及多个温室的联网监控。控制系统可根据温室内温度、湿度、二氧化碳浓度等参数的变化，按照预先设定的条件对风机、灌溉、二氧化碳发生器等设备进行全自动控制，系统具有功能强大、性能优越、配置灵活、安全可靠等优点。

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1、全天候不间断在线监测，无论晴雨雷雪，均可实现数据的持续采集，让数据具有连续性，对农业温室环境参数的历史分析和技术优化变得更加有效。

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2、所有数据实现无纸化记录，历史可查，可根据客户的需求定制各种分析报表和打印格式，使该系统更加人性化和实用性。

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3、真实有效的现场数据给政府、企业的管理上带来的可追溯、可衡量的标准，降低了管理的难度。

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4、降低环境对监测的影响，无论是有毒有害的环境还是障碍物，都可实现信号的远程无线采集，降低现场巡检的难度，提高巡检和参数记录的难度。

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5、大大降低人力成本，通过该系统的运用，减少了人员的投入，实现让更少的人管理更多的设备和安全领域。

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6、实现了防患于未然，该系统会对历史运行数据和安全警戒值进行扫描判断，当变化达到临界值时会自动通过手机短信方式通知用户，让用户及时对设备和安全隐患进行及时处理，做到早发现早处理。

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7、良好的功能扩展性，使得该系统能随时适应客户需求的变化，做到及时的调整和优化，顺应客户的变化而变化。

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8、加密的数据和多层安全保护，让客户对数据的管理更加安全可靠，不会担心数据被劫持和破解。